iedekeskus Heureka avaa maaliskuussa uuden näyttelynsä tieteen avoimista kysymyksistä. Yksi näyttelyn vetonauloista on keinotekoinen lapsi. Vierailijat pääsevät opettamaan lasta, joka pystyy oppimaan sanojen ja kuvien välisiä yhteyksiä.
Keinovauvaksi nimetyn kohteen tarkoitus on havainnollistaa ihmisen oppimista ja aivojen toimintaa. Vauvaan kuuluvat monitori, mikrofoni ja videokuva. Monitoriin piirretään jokin yksinkertainen kuvio ja mikrofoniin sanotaan samalla sitä vastaava sana, esimerkiksi ympyrä.
Opettamisen seurauksena vauva oppii yhdistämään tietyt kuviot ja sanat toisiinsa. Siltä voi myös kysellä jo opittua: kun pelkästään piirtää kuvan, vauva sanoo itse mielestään oikean nimen sille tai päinvastoin. "Keinovauvassa on koetettu välttää konemaisuutta. Pehmeyttä tuo esimerkiksi video, jossa pyörii filmi oikeasta pikkulapsesta", kertoo Mikko Nieminen, toinen keinovauvan "isistä".
Hän on valmistunut vuosi sitten Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitokselta. Toinen työprojektissa ahertaneista on diplomi-insinööri Kari Haapala. Myös Haapalan kaksivuotias poika Markus on ollut hommissa mukana, sillä hän esiintyy videofilmin päätähtenä.
Lapsi tekee virheitä ja vaatii kärsivällisyyttä
Keinovauvan kyky oppia perustuu muistiassosiaatioon. Sitä varten luotu algoritmi ottaa piirretystä kuvasta oleellisen informaation, joka muutetaan numeroiksi. Mikrofoniin sanotusta sanasta oleellinen informaatio muuttuu foneemeiksi. Numeroiden ja foneemien välille muodostuu yhteys, jota voidaan vahvistaa toistamalla asiaa lapselle useita kertoja.
Kuvan numeroiksi muuttava algoritmi on professori Ari Visan työtä. Hän työskentelee Tampereen teknillisessä korkeakoulussa tietotekniikan osastolla.
"Foneemit tarkoittavat niitä merkkejä, joita käytetään esimerkiksi sanakirjojen ääntämisohjeissa. Niiden käytössä on se etu, ettei vauvan toiminta ole sidottu mihinkään kieleen. Toimintaohjeet löytyvät suomeksi, englanniksi ja ruotsiksi, mutta lapselle voi opettaa sanoja vaikka kiinaksi tai arabiaksi", Nieminen selittää.
Eri kielten erikoispiirteet jäävät kuitenkin tunnistamatta. Koska käytössä on englannin kielen foneemimalli, se ei huomioi muun muassa ranskan useita r-kirjaimia. Keinotekoisen lapsen puheen tunnistuksen taso on muutenkin sellainen, että se tekee jonkin verran virheitä.
"Niin saa ollakin, senhän on tarkoitus havainnollistaa oppimista. Muissakin asioissa se muistuttaa ihmislapsen oppimista. Mitä enemmän jokin asia toistuu, sitä vahvemmaksi osaaminen muodostuu, ja vauva toistaa innokkaasti paljon kuulemiaan sanoja. Parhaiten keinovauvan mielessä ovat tuoreet asiat vanhojen juttujen unohtuessa vähitellen."
Heurekan lapsi jää harvoin sanattomaksi, vaan se ehdottaa lähes aina jotakin muistamaansa vaihtoehtoa vastaukseksi.
"Opettajalta vaaditaan melkoisesti kärsivällisyyttä. Näyttelyssä kävijöiden tehtävänä on opettaa uudet taidot, ja ihmislapsen tapaan keinovauva vaatii paljon ohjausta", Nieminen muistuttaa.
Hylkeen kiljunnasta selkeisiin sanoihin
Tiedekeskus Heurekan graafikot viimeistelevät keinotekoisen lapsen ulkoasun. Nieminen ja Haapalakaan eivät vielä tiedä, miltä se tulee näyttämään. Heidän tehtävänään on ollut tehdä lapsen "aivot". Se ei ole aina sujunut ongelmitta.
"Ohjelmistoteknisesti tämä ei ole ollut iso työ, mutta miettimistä se on vaatinut paljon. Tässä on huomannut, miten monimutkainen koneisto ihminen on", Nieminen sanoo.
Yksi ihmisen ja keinotekoisen lapsen eroista on siinä, että ihminen osaa mielessään täydentää. Keinovauva ei pysty siihen, mikä tekee kuvantunnistuksesta hankalampaa. Ihminen tajuaa pienen ja ison ympyrän tarkoittavan samaa kuviota. Keinovauvakin pystyy ymmärtämään eron, mutta se ei ole niin itsestään selvää kuin ihmiselle. Se ei myöskään ajattele vinossa olevaa neliötä samaksi kuvaksi kuin suorassa oleva neliö.
Koska eri ihmiset puhuvat ja piirtävät eri tavalla, vauvakin toimii epävarmasti. Puheen tunnistamista on vaikeuttanut sekin, että siihen tarvittava teknologia on puutteellista. Se, että tämä lapsi hyväksyy kaikki mahdolliset kielet, tekee puheen tunnistuksesta vielä vaikeampaa.
Keinovauva puhuu pikkulapsen äänellä, mutta oikeasti sen puhe on sitä opettaneilta näyttelyssä kävijöiltä peräisin. Mikrofonin kautta tullut puhe ajetaan tietynlaisen suodattimen läpi, joka muuttaa äänen laatua ja tekee siitä korkeamman.
Keinovauva on vaatinut kärsivällisyyttä myös tekijöiltään. Aluksi sitä oli vaikea saada tuottamaan kunnollisia äänteitä.
"Yhtenä iltapäivänä vauva päästeli vain erilaisia epämääräisiä ulvahduksia ja kiljahduksia. Viereisistä työhuoneista tultiin kysymään, että missä meillä se hylje on. Kun vauva sitten sanoi ensimmäinen selkeän sanansa, se oli hyvin hieno ja elämyksellinen hetki ", Nieminen naureskelee.
Vauva lähtee
Vantaalta maailmalle
Keinotekoisen vauvan ensimmäinen sijoituspaikka on tiedekeskus Heurekan näyttely nimeltään Avoimet kysymykset - mitä tiede ei vielä tiedä? Näyttelyn tarkoituksena on esitellä sellaisia tieteen kysymyksiä, jotka ovat vielä ratkaisematta, mutta joihin vastauksen uskotaan löytyvän.
Tämän päivän ratkaisemattomien kysymysten lisäksi näyttely esittelee historiallisia tieteen ongelmia, joihin ratkaisua haettiin kauan. Samalla kerrotaan, miten ongelma aikoinaan ratkesi ja mitä siitä seurasi. Tällaisia kysymyksiä olivat muun muassa aurinkokunnan ja DNA:n rakenteet. Tiedekeskuksen toiveissa on, että näyttelyn myötä tieteellinen tutkimustyö ja sen tärkeä merkitys jokapäiväisessä elämässäkin selviää kävijöille uudella tavalla. Näyttelyn kolme pääteemaa ovat maailmankaikkeus, elämä ja ajattelu.
Keinotekoisen lapsen lisäksi ajattelua ja oppimista havainnollistavat muun muassa avaruusalus, jolla mennään mustaan aukkoon, älyllisen elämän etsintä ja DNA:n kopiointi. Tieteen historiaa havainnollistavat Saksasta tulevat, aidot nobelistien käyttämät tutkimuslaitteet.
Keinovauvaan ja muihin näyttelykohteisiin pääsee tutustumaan, kun Heureka avaa näyttelynsä maaliskuussa. Vauva majailee Vantaalla noin vuoden, minkä jälkeen se lähtee todennäköisesti ulkomaisiin tiedekeskuksiin vuokralle. "Toimintaohjeet täytyy silloin laittaa muillakin kielillä kuin nyt, mutta muuten vauva on valmis lähtemään sellaisenaan", Nieminen sanoo.
Näyttää älykkäältä,
mutta ei ole sitä
Keinovauva kykyineen liittyy myös niihin kysymyksiin, joita tieteen piirissä ei ole vielä ratkaistu. Ajattelun ja oppimisen lisäksi vauva edustaa tekoälyä. Tekoälyn kaikki mahdollisuudet ja rajoitukset eivät ole vielä selvinneet tieteentekijöille.
"Edes siihen, mitä tekoäly on, ei ole yksiselitteistä määritelmää. Se on vaikea ja luonteeltaan filosofinen kysymys. Kun tietokoneet tulivat, ihmiset hullaantuivat jo siitä, kun kone osasi pelata shakkia. Aika pian tajuttiin, ettei siihen liity todellista älykkyyttä", Nieminen kertoo. Hänen mielestään tietokoneiden toiminnassa ei olla vieläkään olla edes lähellä todellista älyä. Tietokoneohjelmat toteuttavat käskyjä ja toimivat ohjeiden mukaisesti.
"Oikeasti älykkään koneen pitäisi pystyä toimimaan ilman niitä. Sillä pitäisi olla toimintavalmiutta myös ennalta arvaamattomissa tilanteissa. Jokin systeemi voi olla älykäs tai sitten se voi näyttää älykkäältä." Nieminen ei pidä keinotekoista vauvaa yhtään älykkäänä, vaikka se voi siltä vaikuttaakin. Vauva toimii kuitenkin vain sille rakennetun muistin varassa.
Hän ei myöskään usko, että mullistavia tekoälyohjelmia olisi lähiaikoina tulossa.
"Pitkän ajan kuluessa kyllä, mutta nyt ei ole nähtävissä mitään tulevaa läpimurtoa. Sitä paitsi oppivassa ohjelmassa on aina enemmän epävarmuutta. Se voi alkaa toimia oman päänsä mukaan. Monissa paikoissa, kuten ydinvoimaloissa, ei voida ottaa sellaista riskiä. Puheen perusteella oppivia ohjelmia sen sijaan on tulossa esimerkiksi vammaisten apuvälineiksi."
